薄膜淀积与外延技术

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1、微电子工艺学MicroelectronicProcessing第五章薄膜淀积与外延技术张道礼教授Email:zhang-daoli@163.comVoice:87542894超薄膜:~10nm薄膜:50nm─10mm典型薄膜:50nm─1mm厚膜:~10mm─~100mm单晶薄膜多晶薄膜无序薄膜5.1概述采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材料)的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。薄膜分类（1）物态（2）结晶态：（3）化学角度5.1概述（4）组成（5）物性厚度，

2、决定薄膜性能、质量通常，膜厚<数十um，一般在1um以下。薄膜的一个重要参数5.1概述两种常见的薄膜结构单层膜周期结构多层膜SubstrateASubstrateABAB5.1概述半导体薄膜：Si介质薄膜：SiO2，Si3N4,BPSG，…金属薄膜：Al，Cu，W，Ti，…在集成电路制备中，很多薄膜材料由淀积工艺形成单晶薄膜：Si,SiGe（外延）多晶薄膜：poly-SiDeposition5.1概述薄膜的应用：半导体器件；电路连接；电极；光电子器件；半导体激光器；光学镀膜淀积是指在wafer上淀积一层膜的工艺，淀积薄膜的工艺有很

3、多种，化学气相淀积、物理气相淀积、蒸发等很多。化学气相淀积（CVD）是通过气态物质的化学反应在wafer表面淀积一层固态薄膜的工艺。CVD法淀积薄膜可用以下几个步骤解释薄膜的生长过程：参加反应的气体传输到wafer表面；反应物扩散至wafer表面并吸附在其上；wafer表面发生化学反应，生成膜分子和副产物；膜分子沿wafer表面向膜生长区扩散并与晶格结合成膜；反应副产物随气流流动至排气口，被排出淀积区。5.1概述1）化学气相淀积—ChemicalVaporDeposition(CVD)一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底

4、表面发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术。例如：APCVD,LPCVD,PECVD,HDPCVD2）物理气相淀积—PhysicalVaporDeposition(PVD)利用某种物理过程实现物质的转移，即将原子或分子转移到衬底（硅）表面上，并淀积成薄膜的技术。例如：蒸发evaporation，溅射sputtering两类主要的淀积方式5.1概述除了CVD和PVD外，制备薄膜的方法还有:铜互连是由电镀工艺制作旋涂Spin-on镀/电镀electrolessplating/electroplating5.1概述外延：在单晶衬底

5、上生长一层新的单晶层，晶向取决于衬底外延硅应用举例5.1概述CMOS栅电极材料；多层金属化电极的导电材料多晶硅薄膜的应用5.1概述化学气相沉积[ChemicalVaporDeposition(CVD)]：是通过气态物质的化学反应在衬底上淀积薄膜的工艺方法。PolycrystallineSinglecrystal(epitaxy)CourtesyJohanPejnefors,20015.2化学气相沉积化学气相沉积（CVD）是一种化学气相生长法。把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片，利用加热、等离子体、紫外光以及激光

6、等能源，借助气相作用或在基板表面的化学反应（热分解或化学合成）生长要求的薄膜。CVD装置的主要部分：反应气体输入部分、反应激活能源供应部分和气体排出部分。CVD可以制备单晶、多相或非晶态无机薄膜，近年来，已研制出金刚石薄膜、高Tc超导薄膜、透明导电薄膜以及某些敏感功能薄膜。5.2化学气相沉积对薄膜的要求组分正确，玷污少，电学和机械性能好片内及片间（每一硅片和硅片之间）均匀性好3.台阶覆盖性好（conformalcoverage—保角覆盖）填充性好平整性好5.2化学气相沉积CVD法制备薄膜具有很多优点，如薄膜组分任意控制、生长温度低

7、于组成物质的熔点、膜层均匀性好、薄膜纯度高、针孔少、结构致密。CVD分类：按淀积温度：低温（200～500℃）、中温（500～1000℃）和高温（1000～1300℃）按反应器内的压力：常压和低压按反应器壁的温度：热壁和冷壁按反应激活方式：热激活和冷激活5.2化学气相沉积化学气相淀积（CVD）的应用及分类单晶(外延）、多晶、非晶（无定型）薄膜半导体、介质、金属薄膜常压化学气相淀积（APCVD），低压CVD(LPCVD)，等离子体增强淀积（PECVD）等CVD反应必须满足三个挥发性标准在淀积温度下,反应剂必须具备足够高的蒸汽压除淀积

8、物质外,反应产物必须是挥发性的淀积物本身必须具有足够低的蒸气压5.2化学气相沉积化学气相沉积的基本原理化学气相沉积是利用气态物质通过化学反应在基片表面形成固态薄膜的一种成膜技术。CVD反应是指反应物为气体而生成物之一为固体的化学反应。CVD完全不同